Рассчитать время работы ибп от батарей. Как рассчитать время автономной работы ИБП

Номинальная мощность источника бесперебойного питания – это один из самых важных технических параметров, который необходимо учитывать при выборе ИБП. Неправильный расчет мощности ИБП, как минимум, приведет к тому, что источник бесперебойного питания будет постоянно перегружаться, а значит, не сможет выполнять свое основное назначение – защищать оборудование. В худшем случае при значительной перегрузке ИБП может сам стать причиной сбоя в энергоснабжении ответственной нагрузки.

Расчет мощности ИБП. Теория.

Номинальная мощность источника бесперебойного питания определяется исходя из мощности подключенной к нему нагрузки. Здесь под нагрузкой мы понимаем суммарную мощность всех электроприборов, которые планируется подключить к ИБП . Следовательно, нужно правильно рассчитать мощность нагрузки и на основании расчета выбрать источник бесперебойного питания. Важное уточнение – при расчете следует исходить как из полной, так и из активной мощности нагрузки. Вспомним некоторые данные из курса школьной физики.

Полная мощность (единица измерения ВА, VA – вольт-ампер) это вся мощность, потребляемая нагрузкой. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной мощности (единица измерения Вт, W – Ватт) и реактивной мощности (единица измерения var, вар – вольт-ампер реактивный). Как правило, подавляющее большинство нагрузок имеют как активную, так и реактивную составляющие.

– нагрузка, в которой вся потребляемая энергия преобразуется в тепло. Реактивная составляющая у такой нагрузки настолько мала, что ей можно пренебречь. К активным нагрузкам относятся различные нагревательные приборы (обогреватели, ТЭНы и т.д.), лампы накаливания, утюги и электроплиты. Как правило, производитель электроприборов указывает мощность такой нагрузки в Ваттах.

– все прочие нагрузки. Реактивная нагрузка может носить индуктивный или емкостной характер. Типичным представителем нагрузки с реактивной составляющей, имеющей индуктивный характер, является электродвигатель. Полная мощность электродвигателя P и активная мощность P a связаны между собой коэффициентом cos φ.

Значение cos φ обычно указывается в техническом паспорте изделия.

Расчет мощности ИБП. Методика.

Чаще всего производители источников бесперебойного питания в технической спецификации на оборудование указывают полную и активную мощность ИБП. Реже можно встретить указание на полную мощность и значение выходного коэффициента мощности. В последнем случае активную мощность ИБП можно рассчитать по формуле

Здесь
P – полная мощность ИБП
P а – активная мощность ИБП
P F – коэффициент мощности по выходу (указывается в технической спецификации на источник бесперебойного питания)

Для того чтобы подобрать по мощности необходимую модель источника бесперебойного питания нужно рассчитать суммарную мощность электроприборов, которые планируется подключить к ИБП. Расчет следует проводить как для активной, так и для полной мощности нагрузки, то есть в итоге у вас должно получиться две цифры – полная мощность нагрузки (в вольт-амперах) и активная мощность нагрузки (в ваттах). Алгоритм расчета приблизительно следующий

1. Составьте список электрооборудования, которое планируете подключить к ИБП.

2. Определите полную мощность каждого устройства одним из следующих способов

• Полная мощность указывается производителем в паспорте на прибор.
• Если в паспорте указана активная мощность оборудования, то рассчитайте полную мощность по формуле, приведенной ниже.

Здесь
P – полная мощность устройства
P а – активная мощность устройства
cos φ – коэффициент мощности (указывается в паспорте устройства). Если cos φ в паспорте не указан, то для расчета исходим из того, что cos φ = 0,7. Для активной нагрузки (обогреватели, лампы накаливания и т.д.) cos φ = 1.

3. Важное замечание. Если вы планируете подключить к ИБП электродвигатель либо электроприбор, в состав которого входит электродвигатель, то при расчете мощности нужно обязательно учитывать пусковые токи. Любой электродвигатель в момент включения потребляет значительно больше мощности, чем в номинальном режиме работы. Поэтому чтобы избежать перегрузки источника бесперебойного питания, паспортное значение мощности устройства нужно умножить как минимум на 5, а лучше на 7.

4. Для получения значения полной мощности вашей нагрузки просуммируйте полученные данные по всем устройствам.

5. Аналогично рассчитайте активную мощность вашей нагрузки. Для расчета активной мощности используйте следующую формулу.

Расчет мощности. Правило выбора ИБП по мощности

Итак, мы получали два значения мощности нашей нагрузки – полную мощность и активную мощность. Основное правило выбора ИБП по мощности заключается в следующем: номинальная мощность источника бесперебойного питания должна быть на 25% больше чем мощность вашей нагрузки. Причем правило это должно работать как для полной мощности ИБП, так и для активной мощности. Разумеется, можно подобрать ИБП, номинальная мощность которого равна или немного больше мощности нагрузки. Такой вариант допустим, и будет работать, однако срок службы нагруженного на 100% ИБП будет существенно (в разы) меньше, чем срок службы ИБП, нагрузка которого не превышает 80% от номинальной.

Расчет мощности ИБП. Приблизительная мощность некоторых электроприборов

Ниже приведены ориентировочные значения потребления электроэнергии различными бытовыми электроприборами.

Бытовая техника.

Телевизор – 80 Вт.
Стиральная машина – 500…2000 Вт.
Холодильник – 1000 Вт.
Микроволновая печь – 1000 Вт.
Электрочайник – 2000 Вт.
Электрическая плита – 1000…2000 Вт.
Пылесос – 200…3000 Вт.
Утюг – 400…2000 Вт.
Лампа накаливания бытовая – 25…75 Вт.
Лампа люминесцентная бытовая – 5…30 Вт.

Компьютерная техника.

Сетевой роутер, хаб – 10…20 Вт.
Системный блок персонального компьютера – 200…1000 Вт.
Системный блок сервера – 300…1500 Вт.
Монитор ЭЛТ – 15…200 Вт.
Монитор ЖК – 20…60 Вт.

Март 29, 2016

Точный расчет времени автономной работы от аккумулятора при помощи математических выкладок занятие нетривиальное. В связи с этим, мы упростили задачу, реализовав алгоритм расчета в калькуляторах:

Однако давайте рассмотрим подходы к определению времени автономной работы.

1) Простая формула

Т = E U / P

• Е - емкость аккумулятора в Ач
• U - напряжение
• P - мощность нагрузки в Вт.

Это сильно упрощенная формула, которая дает очень приблизительный результат при разрядах в диапазоне 5-15 часов. Подходит для того, чтобы быстро в уме прикинуть время автономии. Алгоритм не учитывает снижение энергоотдачи АКБ на коротких разрядах и увеличение на длинных, а также различные коэффициенты.

Существует усовершенствованная формула с коэффициентами:

Т = Uаб * Сак * К * h * Кр * Кg / Рнагр

• Т – время автономной работы источника бесперебойного питания, ч;
• Uаб – напряжение аккумуляторной батареи, В;
• Сак емкость аккумуляторной батареи, Ач;
• К – количество аккумуляторов в цепи;
• h – КПД преобразователя (h=0,75-0,9), часто меняется от величины нагрузки;
• Кр – коэффициент глубины разряда 0,8 –0,9 (80%-90%), следует считать 80%;
• Кg – коэффициент доступной емкости (зависит от режима разряда и температуры, см. характеристики АКБ)
• Рнагр – мощность нагрузки.

Этот алгоритм даёт относительно точные результаты, но для длительных разрядов от 1 часа и выше. На коротких разрядах результаты могут быть сильно искаженными из-за нелинейной функции разряда свинцово-кислотных АКБ. Похожий метод мы использовали в статье .

2) Формула Пекерта

T=Cp/I^ n

• T – время в часах
• Cp – емкость Пекерта (ёмкость АКБ при разряде током 1А)
• I – ток разряда
• n – экспонента Пекерта

Экспонента Пекерта иногда указывается в характеристиках АКБ, и рассчитывается она на основании данных C-рейтинга аккумулятора (емкость на разном времени разряда). Емкость Пекерта рассчитывается по формуле – Ср=R(C/R)^n (R – рейтинг в часах, соответствующий данной емкости, например, 10).

На базе этой формулы с учетом КПД инверторов и глубины разряда основаны наши калькуляторы. Они с высокой точностью рассчитывают время автономии как на коротких, так и на длинных разрядах.

3) Расчет по таблицам из спецификаций АКБ

Шаг 1. Расчет полной мощности в мощность нагрузки на аккумуляторы

Ракб= (Pнагр*cos(φ)*Кнагр)/КПДинв

• Pнагр – мощность в кВа
• cos(φ) – характеристика коэффициент мощности (характеристика нагрузки)
• Кнагр – степень загрузки ИБП
• КПДинв – коэффициент полезного действия инвертора

Для примера возьмем ИБП мощностью 120кВа работающий на нагрузке 70% с коэффициентом мощности 0.8:

Ракб= (120000*0,8*0,7)/0,94=71 489Вт - именно эта нагрузка ляжет на весь аккумуляторный банк при питании ИБП от АКБ.

Шаг 2. Расчет нагрузки на один аккумулятор

Пересчитаем нагрузку на один АКБ. Как правило, в крупных ИБП аккумуляторы соединяются последовательно кол-вом 32-40шт. Для расчета нагрузки на на одну батарею при 40АКБ:

71 489Вт/40=1 788Вт.

В дата-листе аккумуляторов как правило указывается мощность на элемент (Pэл), которых 6шт. в 12В АКБ. Следовательно:

Pэл = 1788/6 = 298Вт.

Шаг 3. Изучение разрядных таблиц батарей и подбор.

В статье мы рассматривали подвиды аккумуляторов в разрезе различного целевого использования. Одна из базовых характеристик – это энергоотдача, т.е. сколько способен отдать мощности АКБ за определенное время.

Давайте посмотрим разрядные таблицы 100Ач аккумуляторов Delta двух различных серий.

Delta DTM 12100 l:

Delta HRL 12100:

Напомним, что наша нагрузка на элемент 298Вт. Глубина разряда – 10,8В или 1,80В на элемент. Таким образом, из данных таблиц, можно сделать вывод, что DTM 12100 l продержит нагрузку около 13,8 минут (можно считать пропорционально, искажения минимальны), Delta HRL 12100 – 16,3 мин. разница порядка 15% . Кстати, разница в цене приблизительно аналогична.

4) Проведение реальных разрядов

Конечно, идеальным является проведение реальных разрядных тестов. Необходимо учитывать, что аккумуляторы набирают максимальную емкость к 10-му циклу заряда-разряда.

Мощность и тип подключаемой нагрузки - вот основной фактор, который должен влиять на выбор определенной модели источника бесперебойного питания. Правильный расчет мощности ИБП по нагрузке позволит купить эффективно работающее при отключении сети устройство, не переплачивая за лишние заявленные производителем ватты.

Расчет мощности ИБП по нагрузке

Чтобы не возникало ситуаций, при которых ИБП выключается под нагрузкой без особых видимых причин, учитывайте следующие электротехнические показатели подключаемых приборов и самого бесперебойника:

• Активная мощность подключаемых приборов (Вт).
• Коэффициент мощности. Для обычного компьютера составляет 0,6-0,7, для серверного оборудования стремится к 1 (при расчетах используют значение 0,95), для бытовых приборов с электродвигателем - 0,7-0,8. Коэффициент необходим для определения полной потребляемой мощности (ВА).
• Величина пускового тока. Актуально для устройств с электрическими двигателями. Этот показатель может составлять 3-10 А. Именно во столько раз и придется увеличить мощность ИБП, чтобы обеспечить запуск двигателя. В противном случае получите ситуацию, когда ИБП не держит нагрузку при отключении основной сети электроснабжения.
• Собственный КПД источника бесперебойного питания. Зависит от типа ИБП, обычно находится в пределах 0,7-0,9.

Для получения ориентировочного значения мощности бесперебойника потребуется просто перемножить значения всех приведенных характеристик. Не лишним будет добавить и 10-20% запас.

К каким последствиям приведет неправильный расчет нагрузки ИБП

Выбор источника с меньшей мощностью приведет к тому, что в момент отключения основной сети ИБП не сможет обеспечить обслуживаемые приборы электроэнергией и отключится. Кстати, такая ситуация характерна не только при переходе на питание от аккумуляторов. Особенно это актуально для приборов, работающих по принципу двойного преобразования и линейно-интерактивных ИБП. При недостаточной мощности источника бесперебойного питания будет происходить постоянный переход в режим «Байпаса». То есть, нагрузка будет переподключаться к основной сети, а не получать стабилизированное питание от преобразователя.

Стоит отметить, что совместная параллельная работа ИБП на нагрузку не решит проблему. Подключение 2-3 источников к одному потребителю технически сложно реализовать. Дело в том, что потребуется максимальная синхронизация режимов работы. А достичь этого сложно даже при подборе устройств по характеристикам. Решением может стать разделение нагрузки с последующим подключением отдельных потребителей к разным ИБП. Если такой возможности нет, тогда придется приобретать бесперебойник большей мощности.

Особенности работы ИБП без нагрузки

Еще один момент, на который стоит обращать внимание при выборе - собственное энергопотребление источника бесперебойного питания. То, сколько потребляет ИБП без нагрузки, зависит от режима работы устройства в определенный момент времени. Можно выделить 2 основные ситуации, при которых энергопотребление будет существенно отличаться:

• При полностью заряженном аккумуляторе величина потребляемой энергии зависит исключительно от тока холостого хода устройства, то есть, от конструктивных особенностей ИБП. Для качественных устройств этот показатель не превышает 5-10 Вт. А вот приборы бюджетного ценового сегмента на собственные нужды потратят 20 Вт и более.
• Увеличение собственного потребления происходит в период заряда аккумуляторов. Стандартный показатель силы тока в этом режиме обычно не превышает 0,15 емкости АКБ. Умножив это значение на напряжение заряда, получите расходуемую бесперебойником мощность.

Расчет времени резерва питания нагрузки от ИБП

Влияет мощность подключаемой нагрузки и на общую автономность работы устройства при отключении сети. Чтобы определить предельное время резервирование необходимо знать емкость (С) и напряжение (V) АКБ, величину подключаемой мощности (Р) и КПД источника. Формула имеет вид:

Т = С х V х КПД / Р

Более точный расчет, позволяющий определить время работы ИБП в зависимости от нагрузки, требует учета дополнительных коэффициентов. Принимайте во внимание коэффициент, определяемый по разрядной кривой аккумулятора. Чем выше подключаемая мощность, тем больше сила разрядного тока и тем быстрей батарея отдаст всю свою мощность. Именно от этих показателей и зависит значение уточняющего коэффициента. Обратите внимание, величина этого значения изменяется нелинейно.

Кстати, это не единственный уточняющий коэффициент. При точных расчетах придется учитывать тип батареи, ее возраст, температуру окружающей среды.

Если для вас сложны электротехнические расчеты, можно воспользоваться онлайн-калькулятором для определения мощности ИБП в зависимости от параметров подключаемой нагрузки. Но более точный результат можно получить, воспользовавшись консультацией специалиста. Позвоните нам прямо сейчас или оставьте заявку на бесплатный обратный звонок. Поможем определить оптимальные параметры источника бесперебойного питания для эксплуатации в ваших условиях.

Опубликовано автором - , - Январь 29, 2014

Для простоты мы сделали калькуляторы расчета:

А теперь представим алгоритм расчета:

1) Определяем совокупную мощность нагрузки и постоянный ток разряда.

2) Вычисляем необходимую емкость аккумулятора для заданной автономии.

3) Определяем тип аккумулятора

Пример

Дано: две светодиодные ленты мощностью по 10Вт и работающие от 12В. Необходимая автономия: 10ч. Срок службы: год при ежедневной эксплуатации. Условия эксплуатации: постоянная комнатная температура 20 градусов.

Найти: минимально допустимые и оптимальные аккумуляторы для решения задачи.

Решение

1) Совокупная мощность W=10Вт*2=20Вт. Постоянный ток разряда: I=20/12=1.67A. Для точных расчетов желательно померить ток потребления при помощи мультимера.

2) Для определения необходимой емкости следует пройти по пунктам:

а) Для того, чтобы продержать нагрузку на таком токе разряда необходимо определить минимальную расчетную емкость АКБ: 1,67*10=16,7Ач.

б) Нужно иметь ввиду, что емкость аккумуляторных батарей указывается производителями исходя из определенного времени разряда. Обычно это 10 часов. Но некоторые производители указывают 20 часов. Тут нам поможет по АКБ, которую можно взять на нашем сайте. Посмотрим спецификацию :

В нашем случае, время работы от АКБ 10 часов, значит мы можем считать емкость равной номинальной. Однако, если в задаче стоит 5 часов, то нужно делать поправку на то, что при таком времени разряда емкость АКБ будет ниже (умножаем ток разряда на часы – 4,8А*5ч=24Ач вместо 28).

В задаче мы можем видеть, что планируемое кол-во циклов у нас 365. Ориентировочная предельная глубина разряда в нашем случае – около 57%. Желательно взять с запасом, будем рассчитывать на 50% разряд (реальные условия эксплуатации отличны от идеальных лабораторных условий).

Таким образом, вводим поправку 0,5: 16,7/0,8=33,4Ач.

г) В случае, если мы имеем дело с отличной от оптимальной температурой эксплуатации (25градусов), необходимо водить поправочный коэффициент, который тоже можем взять из спецификации:

Так при температуре 10 градусов следует ввести коэффициент 0.9, т.е. ещё +10% к расчётной емкости.

3) В случае, если нам необходимы долгие режимы разряда – следует обратить внимание на серии AGM аккумуляторов популярных на российском рынке производителей:

• У АКБ Delta – серия
• У CSB –

Источник бесперебойного питания - это прибор предназначенный для защиты подключённого к нему оборудования от кратковременных и длительных отключений электроэнергии, а так же от недопустимых перепадов напряжения в сети.

На время автономной работы источника бесперебойного питания влияют множество факторов, основными из которых являются:

• мощность нагрузки подключённой к ИБП;
• количество и ёмкость аккумуляторов, подключенных к ИБП;
• конструктивное исполнение ИБП.

По конструктивному исполнению источники бесперебойного питания в основном делятся на два типа: ИБП со встроенными аккумуляторами и ИБП предназначенные для работы с внешними аккумуляторами.

ИБП со встроенными аккумуляторами не предназначены для обеспечения длительного времени автономной работы. Они используются для быстрого и корректного завершения работы и отключения оборудования (например, персональные компьютеры). Время работы в автономном режиме у таких ИБП составляет, как правило, не более 5 - 15 мин.

ИБП, предназначенные для работы с внешними аккумуляторами, могут обеспечить длительное время автономной работы, так как к ним может быть подключено большое количество батарей с большой ёмкостью. Такие ИБП применяются, например, для построения систем бесперебойного электропитания частных домов и коттеджей, а время автономной работы может доходить до двух и более суток.

Существует несколько способов расчёта времени автономной работы, среди которых можно выделить основные.

Способ 1. Расчёт по упрощённой формуле (Этот способ является усреднённым и даёт приблизительный результат).

Упрощённая формула имеет следующий вид:

, где:

- Количество аккумуляторов;
- Постоянная мощность нагрузки, Вт.

Например, лампочка накаливания мощностью 100 Вт, с одним аккумулятором 75 ампер-часов будет непрерывно работать в течении 9 часов (75*12*1/100).

Способ 2. Расчёт времени автономной работы ИБП по уточнённой формуле.

Уточнённая формула имеет следующий вид:

Время автономной работы, час;
- Ёмкость одного аккумулятора, А*ч;
- Напряжение одного аккумулятора, В;
- Количество аккумуляторов в группе;
- Количество групп аккумуляторов;
- Коэффициент полезного действия ИБП;
- Коэффициент глубины разряда батарей, принимается равным 0,8 – 0,9 в зависимости от типа и изношенности батарей;
- Коэффициент, зависящий от температуры, при которой эксплуатируются аккумуляторные батареи (при температуре 25 °С принимается равным 1, при температуре 0 °С принимается равным 0,88);
- Коэффициент, зависящий от времени разряда аккумуляторных батарей. При 10-ти часовом разряде принимается равным единице. Зависимость этого коэффициента представлена на графике ниже:

- Постоянная средняя мощность нагрузки, Вт. Здесь важно понимать что такое постоянная средняя мощность нагрузки. Например, если нагрузкой является телевизор, потребляемая мощность которого 100 Вт, и если работает он 30% времени, то постоянная средняя мощность такой нагрузки принимается равной 30 Вт.

В общем случае, если рассчитывается, например, система бесперебойного электропитания для частного дома, то суммируется номинальная мощность всех нагрузок, а средняя постоянная мощность принимается равной 20-25 % от получившегося значения.

Способ 3. Обращение за помощью в расчете времени автономной работы к специалистам нашего магазина.

Если Вы не желаете разбираться с формулами и цифрами для расчёта времени автономной работы, Вы всегда можете получить квалифицированную консультацию у наших специалистов.

Наши опытные специалисты не только наиболее точно посчитают Ваши нагрузки, но и правильно проведут расчёт времени автономной работы исходя из многолетнего опыта построения систем бесперебойного электропитания.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+